KR20160010766A - 연속섬유 프리프레그의 브레이딩 적층을 통한 리브 리스 시트 백 프레임 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연속섬유 프리프레그의 브레이딩 적층을 통한 리브 리스 시트 백 프레임에 관한 것으로, 연속섬유를 합성수지와 혼합한 후 테이프 형태로 뽑아내고, 이를 브레이딩 적층함과 아울러 로드 형태로 뽑아낸 로드보강대가 시트 백 프레임의 둘레를 구성하도록 테이프와 함께 오븐에서 구운 후 금형에서 프레스 성형하여 시트 백 프레임을 제조하되, 상기 시트 백 프레임의 브라켓 체결부에는 GMT 또는 LFT가 블럭 형태로 인서트되어 일체를 이룬 것을 특징으로 하는 연속섬유 프리프레그의 브레이딩 적층을 통한 리브 리스 시트 백 프레임을 제공한다.
본 발명에 따르면, 연속섬유를 열가소성 수지와 혼합하여 로드 형태로 제작하고, 이를 이용하여 시트 백 프레임을 구성하게 되면 기존 스틸 대비 약 30% 이상의 경량화가 가능하며, 주요 법규인 ECE R14, ECE R17 규정을 만족하는 효과를 얻을 수 있다.

Description

연속섬유 프리프레그의 브레이딩 적층을 통한 리브 리스 시트 백 프레임{RIB-LESS SEAT BACK FRAME BY CONTINUOUS FIBER PREPREG BRAIDING}

본 발명은 연속섬유 프리프레그의 브레이딩 적층을 통한 리브 리스 시트 백 프레임에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연속섬유 프리프레그를 브레이딩 적층한 복합소재를 사용하여 기계적 물성치를 높임으로써 구조강도를 위해 형성되는 리브 구조를 최소화하고, 이를 통해 제조사의 감성품질 대상인 싱크마크 생성을 억제하도록 한 연속섬유 프리프레그의 브레이딩 적층을 통한 리브 리스 시트 백 프레임에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차의 시트 백(Seat Back)은 탑승자의 엉덩이를 받쳐 주는 시트 쿠션과 연결되어 탑승자의 등을 지지함으로써 편안하고 안락한 탑승환경을 제공해 주는 수단이다.

때문에, 도 1의 예시와 같이 충분한 강도와 견고함을 유지할 수 있도록 스틸 파이프를 주 소재로 하여 시트 백 프레임(10)이 제작되어 왔다.

하지만, 스틸은 무겁기 때문에 차량의 연비를 떨어뜨리고, 제조비용을 증대시키는 단점이 있다.

이에, 가벼우면서 스틸 재질에 준하는 높은 기계적 물성으로 인해 가혹한 충돌성능이 필요한 자동차 안전부품에 적용되면서 많은 검증이 이루어져 온 플라스틱 시트 백 구조물(예. GMT, LFT 등)이 활용되고 있다.

이러한 플라스틱 시트 백 구조물과 관련된 선행기술로는 공개특허 제2008-100499호, 공개특허 제2010-0097776호 등이 있다.

그런데, 도 2의 예시와 같이, 플라스틱(예. GMT, LFT 소재) 시트 백 프레임(10')의 경우 강도 보강을 위해 함께 성형되는 리브(12)로 인해 리브(12)가 형성된 배면에서 싱크마크(14)가 생성되는 단점이 파생된다.

이러한 싱크마크(14)는 자동차의 사양이 고급화되면서 부품 구조도 복잡해지고, 안전요구 성능 등 고객의 요구 수준이 점차 까다로워짐에 따라 제조사의 클레임 요인이 되었으며, 이에 대한 개선이 요구되고 있다.

특히, 자동차의 고급화 전략에 따라 플라스틱 시트 백 프레임(12')의 경우에도 기존과 차별화 된 새로운 소재 연구 및 구조에 대한 개선이 지속적으로 요청되고 있다.

때문에, 이렇게 변화되어 가는 시장 현황에 맞는 새로운 제품들의 시도가 시급해 요청되고 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 요청에 부응하기 위해 창출된 것으로, 시트 백 프레임과 같은 표면적이 넓은 제품을 제작할 때 후변형을 줄일 수 있고, 무엇보다도 높은 기계적 강도 및 섬유의 교차 배열을 통한 리브 구조 최소화가 가능하여 싱크마크를 개선할 수 있는 연속섬유 프리프레그의 브레이딩 적층을 통한 리브 리스 시트 백 프레임을 제공함에 그 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 연속섬유를 합성수지와 혼합한 후 테이프 형태로 뽑아내고, 이를 브레이딩 적층함과 아울러 로드 형태로 뽑아낸 로드보강대가 시트 백 프레임의 둘레를 구성하도록 테이프와 함께 오븐에서 구운 후 금형에서 프레스 성형하여 시트 백 프레임을 제조하되, 상기 시트 백 프레임의 브라켓 체결부에는 GMT 또는 LFT가 블럭 형태로 인서트되어 일체를 이룬 것을 특징으로 하는 연속섬유 프리프레그의 브레이딩 적층을 통한 리브 리스 시트 백 프레임을 제공한다.

이때, 상기 시트 백 프레임의 일측면에는 리브를 형성하되, 상기 리브는 상기 시트 백 프레임의 두께 범위 내의 높이로 돌출될 수 있다.

또한, 상기 테이프를 적층할 때 UD방향의 테이프와 브레이딩 프리프레그의 비율을 50-60:40-50중량비의 범위로 혼합할 수 있다.

본 발명에 따르면, 시트 백 프레임과 같은 표면적이 넓은 제품을 제작할 때 후변형을 줄일 수 있고, 무엇보다도 높은 기계적 강도 및 섬유의 교차 배열을 통한 리브 구조 최소화가 가능하여 싱크마크를 개선하는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 자동차용 시트 백 프레임의 예시도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 자동차용 시트 백 프레임의 다른 예를 보인 예시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 자동차용 시트 백 프레임의 예시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 자동차용 시트 백 프레임을 구현하기 위한 브레이딩 과정을 설명하는 설명도이다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 연속섬유 프리프레그의 브레이딩 적층을 통한 리브 리스 시트 백 프레임은 연속섬유를 열가소성 수지와 일정비율로 혼합하여 테이프 형상으로 제작하고, 이 테이프를 브레이딩(Braiding) 직조시켜 높은 기계적 물성을 갖는 시트 백 프레임(100)으로 제조함으로써 충분한 강도를 가질 수 있도록 구성된다.

이때, 상기 시트 백 프레임(100)은 판상이 되므로 둘레방향을 따라 강도를 보강할 필요가 있다.

때문에, 상기 테이프를 브레이딩 직조시켜 판상의 시트 백 프레임(100)을 만들 때 테이프 상이 아닌 원형 로드(Rod) 상으로 제조된 연속섬유 보강재를 시트 백 프레임(100)의 둘레 방향에 배치시킨 상태에서 테이프상과 함께 동시 성형함으로써 로드보강대(110)를 구현할 수 있게 된다.

이 경우, 브레이딩 과정은 도 4의 예시와 같다.

또한, 통상적으로 알려진 유리섬유 강화 열가소성수지(예. GMT, LFT)는 보통 단섬유 혹은 장섬유를 수지에 혼합하여 구성하기 때문에 강도는 향상시키도록 설계되지만 본 발명이 원하는 인장강도 및 강성까지는 확보하지 못한다.

때문에, 본 발명에서는 인장강도 및 강성까지 확보할 수 있도록 단섬유 혹은 장섬유가 아닌 연속섬유를 사용하여 테이프상 또는 원형 로드(Rod) 형태를 구성한다.

이 경우, 상기 테이프는 얇은 프리프레그 상태의 것을 보빈에 감고, 다수의 보빈에서 테이프를 언와인딩시키면서 브레이딩 직조하여 연속섬유 브레이딩 적층 구조를 갖도록 구성할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에서는 연속섬유를 서로 엮기(Braiding) 때문에 단방향(즉, 길이방향)으로만 되어 있던 기존 연속섬유(예. GMT, LFT) 대비 횡방향 물성비를 끌어 올릴 수 있게 된다.

특히, 본 발명에서는 브레이딩시 연속섬유의 방향을 30°, 45°, 60°, 90° 등 다양한 각도로 엇갈려 적층할 수 있기 때문에 시트 백과 같은 표면적이 넓은 제품을 제작할 때 후변형이 현저히 줄어드는 효과를 얻을 수 있다.

여기에서, 범퍼빔과 같이 주방향으로 뚜렷한 거동을 보이는 부재의 경우에는 통상 단축으로 최대 인장강도를 낼 수 있도록 섬유를 단방향으로 모두 배열하는 것이 가장 좋지만, 본 발명과 같은 시트 백 프레임(100)에서는 넓은 면적을 가지면서 동시에 다축복합방향으로의 높은 물성이 요구되므로 섬유를 교차 배열하는 것이 중요한데, 특히 섬유를 45°로 교차 직조하되 UD(Unidirectional) 방향의 테이프와 브레이딩 프리프레그의 비율을 50-60:40-50중량비의 범위로 혼합되게 사용하는 것이 가장 바람직하다.

또한, 도면에 예시된 바와 같이, 기계적 물성이 우수하기 때문에 굳이 리브(120)를 형성하지 않아도 되지만, 시트 백 프레임(100)의 두께 범위 내에서 미세하게 돌출 형성할 수 있다.

뿐만 아니라, 상기 로드(Rod)는 시점과 종점이 서로 일치하는 폐곡면을 이루도록 구성되어 강도 및 강성 향상에 효율성을 높일 수 있지만, 시트백 형상과 안전성능 법규의 성격에 따라 폐곡면이 아닌 개곡면 또는 부분 형상으로도 달리할 수 있다.

이러한 테이프 또는 로드(Rod)는 연속섬유와 폴리프로필렌수지를 30-50:50-70의 중량비로 혼합하여 원형, 테이프형의 단면 형상을 갖도록 가공될 수 있다.

특히, 상기 프로필렌수지 대신 폴리아미드(PA) 수지, 폴리에틸렌(PE) 수지 등을 사용할 수도 있다.

아울러, 상기 연속섬유는 유리섬유 뿐만 아니라, 아라미드 섬유, 카본 섬유, 부직섬유(Fabri) 등 다양한 것들이 사용될 수 있다.

다만, 본 발명이 원하는 인장강도와 강도 품질을 만족할 수 있는 것이어야 한다.

덧붙여, 체결강도를 높이고, 성형성을 좋게 하기 위해 브라켓류와 체결되는 부위에는 연속섬유 보강재와 기존 GMT를 복합성형할 수 있다.

예컨대, 복합성형은 인서트부(130)를 형성하는 형태로 이루어질 수 있는데, 이러한 인서트부(130)는 블럭 형태의 GMT를 사용하여 동시 성형하게 되면 강도 보강을 더욱 더 효율화시킬 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 연속섬유 보강재는 성질상 GMT와 유사하기 때문에 GMT 성형다이에서 함께 성형할 수 있는 장점이 있으므로 전환 사용함에 있어 추가 설비없이 구현할 수 있는 장점을 가진다.

100: 시트 백 프레임 110: 로드보강대
120: 리브 130: 인서트부

Claims (3)

1. 연속섬유를 합성수지와 혼합한 후 테이프 형태로 뽑아내고, 이를 브레이딩 적층함과 아울러 로드 형태로 뽑아낸 로드보강대가 시트 백 프레임의 둘레를 구성하도록 테이프와 함께 오븐에서 구운 후 금형에서 프레스 성형하여 시트 백 프레임을 제조하되,
   상기 시트 백 프레임의 브라켓 체결부에는 GMT 또는 LFT가 블럭 형태로 인서트되어 일체를 이룬 것을 특징으로 하는 연속섬유 프리프레그의 브레이딩 적층을 통한 리브 리스 시트 백 프레임.
   
2. 청구항 1에 있어서;
   상기 시트 백 프레임의 일측면에는 리브를 형성하되, 상기 리브는 상기 시트 백 프레임의 두께 범위 내의 높이로 돌출된 것을 특징으로 하는 연속섬유 프리프레그의 브레이딩 적층을 통한 리브 리스 시트 백 프레임.
   
3. 청구항 1에 있어서;
   상기 테이프를 적층할 때 UD방향의 테이프와 브레이딩 프리프레그의 비율을 50-60:40-50중량비의 범위로 혼합한 것을 특징으로 하는 연속섬유 프리프레그의 브레이딩 적층을 통한 리브 리스 시트 백 프레임.

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